引言

現(xiàn)在，由于復雜的硬件功能已經(jīng)集成到標準集成電路中，系統(tǒng)開發(fā)人員首先應該知道如何選擇合適的芯片，然后基于此硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件。系統(tǒng)設(shè)計者有兩種選擇：使用專用集成電路或可編程DSP實現(xiàn)信號處理。相比之下，可編程DSP有兩個優(yōu)點：

可擴充性：設(shè)計者可以根據(jù)要求的處理效率，和需要的資源來量體選用DSP及所需的片數(shù)。

可升級性：將硬件的升級轉(zhuǎn)化成比較容易升級的軟件改動。

使用可編程DSP時，必須對芯片的各種資源(例如CPU,存儲區(qū)，外設(shè)等)加以管理規(guī)劃，通過DSP/BIOS可以輕松的完成這些工作。

TI公司TMS320C5000系列都帶有嵌入式DSP/BIOS，它有很強的實時分析和任務實時管理能力，可以有效的提高項目的開發(fā)效率，尤其表現(xiàn)在需要實時多任務的大型系統(tǒng)中。圖1為DSP/BIOS的部件結(jié)構(gòu)。

DSP/BIOS II簡述

TI公司的DSP/BIOS II 是在DSP/BIOS I 基礎(chǔ)上的擴展。它支持更多的軟件模塊，通過修改內(nèi)核提供搶先式多任務服務；它把傳統(tǒng)并行處理系統(tǒng)的內(nèi)核服務集成為可測試內(nèi)核；它增加了設(shè)備獨立的I/O數(shù)據(jù)流模型，繼續(xù)保留已有的數(shù)據(jù)管道；它增加了動態(tài)內(nèi)存分配與內(nèi)存管理。

TI的開發(fā)平臺CCS IDE 2.0中集成了DSP/BIOS II，可以對程序進行實時跟蹤與分析，提高應用程序開發(fā)的可靠性。可以在CCS插件中實時觀察DSP/BIOS內(nèi)核中各線程的執(zhí)行狀態(tài)與對象的當前屬性。通過設(shè)置工具，開發(fā)者可以對各個模塊實行配置。

DSP/BIOS II 核心API技術(shù)

目標應用程序通過調(diào)用DSP/BIOS II的API來獲得運行時的服務。一個單個DSP/BIOS II 模塊可以管理多種類的內(nèi)核對象，并且依據(jù)全局參量的設(shè)定來控制整個行為。DSP/BIOS II 可以歸納為六大種類：

內(nèi)核執(zhí)行線程



圖1  DSP/BIOS 部件結(jié)構(gòu)圖



圖2  線程優(yōu)先級示意圖



圖3  數(shù)據(jù)流示意圖



圖4 數(shù)據(jù)管道示意圖

DSP/BIOS II提供四類不同的執(zhí)行線程。每一類線程又具有不同的執(zhí)行、搶先和懸掛特性。DSP/BIOS II 支持兩個高優(yōu)先級的中斷線程和事先備好的后臺空閑過程循環(huán)。內(nèi)核執(zhí)行線程通過HWI, SWI和IDL模塊進行管理。另外，DSP/BIOS II新提供了多任務線程類，能較好的完成任務間的同步，它由TSK模塊管理，在任何執(zhí)行時刻為懸掛和恢復執(zhí)行同步，包括調(diào)整自身或其他任務的優(yōu)先級。這種同步化的任務給并發(fā)系統(tǒng)設(shè)計提供了良好的基礎(chǔ)。

硬件抽象

DSP/BIOS II 提供硬件的邏輯接口。它獨立于硬件實現(xiàn)。它對硬件部分的訪問、配置，內(nèi)存映射、片內(nèi)定時器和硬件中斷等進行抽象，簡化了應用的移植。它通過可視化的設(shè)置工具定義內(nèi)存映射、中斷向量表，對定時器編程，和完成動態(tài)的內(nèi)存分配與釋放。

設(shè)備獨立I/O

設(shè)備獨立I/O模塊執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸服務，傳輸可以在DSP與外設(shè)之間和多線程之間進行。DSP/BIOS II 支持數(shù)據(jù)管道(pipe)和數(shù)據(jù)流(stream)兩種傳送方式。數(shù)據(jù)管道是在讀寫線程之間快速傳送數(shù)據(jù)的小型統(tǒng)一部件。數(shù)據(jù)流為緩沖方案增加了靈活性使之適應更廣的需求。數(shù)據(jù)流依靠多個潛在的設(shè)備驅(qū)動器，這種設(shè)備驅(qū)動器封裝了設(shè)備獨立的屬性與方法。在數(shù)據(jù)通過堆疊(stacking)機制傳送時，設(shè)備驅(qū)動器能夠執(zhí)行數(shù)據(jù)處理操作，驅(qū)動器在數(shù)據(jù)通道中實行流水線處理。PIP和SIO模塊分別管理目標應用中的數(shù)據(jù)管道和流的傳送服務。SIO同DEV模塊結(jié)合，使DEV通過SIO發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。

線程間的通信和同步

DSP/BIOS II 中的線程間通信和同步模塊支持多任務。信號量(semaphores)是最主要的同步方式。任務運用信號量保持同步資源訪問的同步。訪問外設(shè)的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，以及訪問共享存儲區(qū)都是資源同步的典型事例。信號量還控制著多任務執(zhí)行的同步。信號量由SEM模塊管理，而LCK模塊提供共享資源的判優(yōu)和互斥。數(shù)據(jù)隊列可用于線程間通信。郵箱(mailbox)類似于數(shù)據(jù)隊列，能夠理想的完成任務通信。數(shù)據(jù)隊列由QUE模塊管理，郵箱模塊由MBX管理。

實時分析

實時分析(TRA)模塊在應用程序執(zhí)行期間與DSP項目實時交互和診斷。LOG,STS和TRC模塊對這些功能進行管理。主機與目標板之間的數(shù)據(jù)傳輸能力對實施分析是非常關(guān)鍵的。DSP/BIOS提供HST和RTDX模塊來管理這些功能。CCS IDE中提供了以下六種實時分析工具：

—CPU負載圖

負載圖提供的是目標CPU的負載曲線。CPU負載的定義是除去執(zhí)行最低優(yōu)先級任務以外的時間量。最低優(yōu)先級任務是只在其他線程都不運行時才執(zhí)行的任務。因此，CPU負載包括從目標向主機傳送數(shù)據(jù)和執(zhí)行附加后臺任務所需的時間。

——執(zhí)行圖示

在執(zhí)行圖示窗口中，我們可以看到各個線程的活動方式。執(zhí)行圖的刷新速率可以通過RTA控制版設(shè)定。圖形中還包括了信號量的活動，周期性函數(shù)標記(tick)，和時鐘模塊標記。執(zhí)行圖示能從整體上看到項目所有線程的活動狀態(tài)。

——主機通道控制

利用信道控制窗口可以把文件綁定在定義的主機通道上，啟動信道上的數(shù)據(jù)傳輸以及監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸流量。

——信息記錄

選定某一記錄名，從此窗口可看到程序運行的信息記錄。主機從目標板獲取DSP/BIOS數(shù)據(jù)期間的記錄信息將顯示在此窗口中。開發(fā)者定義的記錄信息也顯示在窗口中。

——統(tǒng)計觀察

統(tǒng)計觀察窗可以計算出事件、變量出現(xiàn)的次數(shù)，給出其最大值，最小值和平均值，監(jiān)測定時時間和變量的增值的實際值和期望值差。

——實時控制面板

它對運行時間中不同類型進行追蹤控制，在默認情況下，所有類型的跟蹤都是允許的。為跟蹤任意一種類型，必須使能全局主機(GLOBAL HOST)。通過實時改變控制版的屬性，還可以設(shè)定實時分析工具的刷新頻率。